مبدأ عمل القارنة الاتجاهية

المُقرِّنات الاتجاهية هي مكونات قياسية لموجات الميكروويف/المليمتر في قياسات الميكروويف وأنظمة الميكروويف الأخرى. تُستخدم لعزل الإشارة وفصلها وخلطها، مثل مراقبة الطاقة، وتثبيت طاقة خرج المصدر، وعزل مصدر الإشارة، واختبار مسح ترددات الإرسال والانعكاس، وغيرها. وهي مُقسِّم طاقة ميكروويف اتجاهي، ومكون أساسي في مقاييس انعكاس الترددات المكنسة الحديثة. عادةً ما تتوفر أنواع عديدة منها، مثل الدليل الموجي، والخط المحوري، والخط الشريطي، والشريط الدقيق.

الشكل 1 هو رسم تخطيطي للهيكل. يتكون بشكل رئيسي من جزأين: الخط الرئيسي والخط المساعد، ويتصلان ببعضهما البعض من خلال أشكال مختلفة من الثقوب والشقوق والفجوات الصغيرة. لذلك، سيتم توصيل جزء من دخل الطاقة من الطرف "1" في الخط الرئيسي بالخط الثانوي. بسبب تداخل أو تراكب الموجات، ستنتقل الطاقة فقط على طول الخط الثانوي - في اتجاه واحد (يُسمى "أمامي")، والآخر (يُسمى "عكسي"). يكاد يكون من المستحيل نقل الطاقة في اتجاه واحد (يُسمى "عكسي").

الشكل 2 هو عبارة عن وصلة متعددة الاتجاهات، حيث يتم توصيل أحد المنافذ الموجودة في الوصلة بحمل مطابق مدمج.

تطبيق القارنة الاتجاهية

1، لنظام توليف الطاقة
يُستخدم مُقرن اتجاهي 3 ديسيبل (المعروف باسم جسر 3 ديسيبل) عادةً في أنظمة توليف الترددات متعددة الموجات الحاملة، كما هو موضح في الشكل أدناه. هذا النوع من الدوائر شائع الاستخدام في أنظمة التوزيع الداخلية. بعد مرور الإشارتين f1 وf2 من مُضخِّمي طاقة عبر مُقرن اتجاهي 3 ديسيبل، يحتوي خرج كل قناة على مُركِّبَي تردد f1 وf2، ويُقلِّل 3 ديسيبل سعة كل مُركِّب تردد. إذا تم توصيل أحد طرفي الخرج بحمل ماص، يُمكن استخدام الطرف الآخر كمصدر طاقة لنظام قياس التضمين البيني السلبي. لتحسين العزل، يُمكن إضافة بعض المكونات مثل المُرشِّحات والعوازل. يُمكن أن يتجاوز عزل جسر 3 ديسيبل مُصمَّم جيدًا 33 ديسيبل.
 
يتم استخدام الوصلة الاتجاهية في نظام الجمع بين الطاقة الأول.
يظهر في الشكل (أ) أدناه منطقة الوادي الاتجاهي كتطبيق آخر لدمج الطاقة. في هذه الدائرة، تم تطبيق اتجاهية القارنة الاتجاهية بذكاء. بافتراض أن درجات اقتران القارنتين كلاهما 10 ديسيبل والاتجاهية كلاهما 25 ديسيبل، فإن العزل بين طرفي f1 وf2 هو 45 ديسيبل. إذا كانت مدخلات f1 وf2 كلاهما 0 ديسيبل ميلي واط، فإن الخرج المشترك يكون كلاهما -10 ديسيبل ميلي واط. بالمقارنة مع مقرن ويلكنسون في الشكل (ب) أدناه (قيمة عزله النموذجية هي 20 ديسيبل)، فإن نفس إشارة الدخل من OdBm، بعد التوليف، يوجد -3 ديسيبل ميلي واط (دون مراعاة خسارة الإدخال). بالمقارنة مع حالة العينة الداخلية، نزيد إشارة الدخل في الشكل (أ) بمقدار 7 ديسيبل بحيث يكون خرجها متسقًا مع الشكل (ب). في هذه المرحلة، ينخفض ​​العزل بين f1 وf2 في الشكل (أ) بمقدار 38 ديسيبل. تشير النتيجة النهائية للمقارنة إلى أن طريقة تجميع الطاقة للمُقرن الاتجاهي أعلى بمقدار 18 ديسيبل من مُقرن ويلكنسون. هذا المخطط مناسب لقياس التضمين البيني لعشرة مُضخِّمات.

يتم استخدام وصلة اتجاهية في نظام الجمع بين الطاقة 2

2، تستخدم لقياس التداخل المضاد للمستقبل أو القياس الزائف
في نظام اختبار وقياس الترددات الراديوية، غالبًا ما تُرى الدائرة الموضحة في الشكل أدناه. لنفترض أن الجهاز قيد الاختبار (DUT) هو جهاز استقبال. في هذه الحالة، يُمكن حقن إشارة تداخل قناة مجاورة في جهاز الاستقبال من خلال طرف اقتران المُقرن الاتجاهي. بعد ذلك، يُمكن لجهاز اختبار مُتكامل مُتصل به من خلال المُقرن الاتجاهي اختبار أداء مقاومة المُستقبل - تداخل الألف. إذا كان الجهاز قيد الاختبار هاتفًا خلويًا، يُمكن تشغيل جهاز إرسال الهاتف بواسطة جهاز اختبار شامل مُتصل بطرف اقتران المُقرن الاتجاهي. بعد ذلك، يُمكن استخدام مُحلل طيف لقياس الخرج الزائف لهاتف المشهد. بالطبع، يجب إضافة بعض دوائر المُرشِّح قبل مُحلل الطيف. نظرًا لأن هذا المثال يُناقش فقط تطبيق المُقرِّنات الاتجاهية، فقد تم حذف دائرة المُرشِّح.

يتم استخدام القارنة الاتجاهية لقياس التداخل بين المستقبلات أو الارتفاع الزائف للهاتف الخلوي.
في دائرة الاختبار هذه، تُعدّ توجيهية المُقرن الاتجاهي بالغة الأهمية. يُريد مُحلل الطيف المُتصل بالطرف المُمرر فقط استقبال الإشارة من الجهاز قيد الاختبار، ولا يُريد استقبال كلمة المرور من طرف المُقرن.

3، لأخذ عينات الإشارة ومراقبتها
قد يكون قياس ومراقبة جهاز الإرسال عبر الإنترنت من أكثر تطبيقات القارنات الاتجاهية استخدامًا. يوضح الشكل التالي تطبيقًا نموذجيًا للقارنات الاتجاهية في قياس محطات القاعدة الخلوية. لنفترض أن طاقة خرج جهاز الإرسال 43 ديسيبل ميلي واط (20 واط)، وقارنة القارنة الاتجاهية. تبلغ السعة 30 ديسيبل، وخسارة الإدخال (خسارة الخط بالإضافة إلى خسارة القارنة) 0.15 ديسيبل. تُرسل إشارة من طرف القارنة إلى جهاز اختبار محطة القاعدة بقدرة 13 ديسيبل ميلي واط (20 مللي واط)، وخرج القارنة الاتجاهية المباشر 42.85 ديسيبل ميلي واط (19.3 واط)، وتسرب الطاقة من الجانب المعزول يمتصه الحمل.

يتم استخدام المقرن الاتجاهي لقياس المحطة الأساسية.
تستخدم جميع أجهزة الإرسال تقريبًا هذه الطريقة لأخذ العينات والمراقبة عبر الإنترنت، وربما تكون هذه الطريقة وحدها هي التي تضمن اختبار أداء جهاز الإرسال في ظروف التشغيل العادية. ولكن تجدر الإشارة إلى أن اختبار جهاز الإرسال هو نفسه، ولكل فاحص مخاوف مختلفة. على سبيل المثال، يجب على المشغلين الانتباه إلى مؤشرات نطاق تردد التشغيل (2110-2170 ميجاهرتز)، مثل جودة الإشارة، وطاقة القناة، وطاقة القناة المجاورة، وما إلى ذلك. بناءً على ذلك، سيقوم المصنعون بتركيب مقرن اتجاهي ضيق النطاق (مثل 2110-2170 ميجاهرتز) في طرف خرج محطة القاعدة لمراقبة ظروف تشغيل جهاز الإرسال داخل النطاق وإرسالها إلى مركز التحكم في أي وقت.
إذا كان منظم طيف الترددات الراديوية - محطة مراقبة الراديو لاختبار مؤشرات محطة القاعدة الناعمة، فإن تركيزها مختلف تمامًا. وفقًا لمتطلبات مواصفات إدارة الراديو، يتم توسيع نطاق تردد الاختبار إلى 9 كيلو هرتز ~ 12.75 جيجا هرتز، ومحطة القاعدة المختبرة واسعة جدًا. ما مقدار الإشعاع الزائف الذي سيتم توليده في نطاق التردد والذي يتداخل مع التشغيل المنتظم لمحطات القاعدة الأخرى؟ مصدر قلق لمحطات مراقبة الراديو. في الوقت الحالي، يلزم وجود مقرن اتجاهي بنفس عرض النطاق الترددي لأخذ عينات الإشارة، ولكن لا يبدو أن مقرن اتجاهي يمكنه تغطية 9 كيلو هرتز ~ 12.75 جيجا هرتز موجود. نحن نعلم أن طول ذراع اقتران المقرن الاتجاهي مرتبط بتردده المركزي. يمكن أن يحقق عرض نطاق المقرن الاتجاهي واسع النطاق نطاقات 5-6 أوكتاف، مثل 0.5-18 جيجا هرتز، ولكن لا يمكن تغطية نطاق التردد أقل من 500 ميجا هرتز.

4، قياس الطاقة عبر الإنترنت
في تقنية قياس الطاقة من النوع المار، يُعدّ المُقرن الاتجاهي جهازًا بالغ الأهمية. يوضح الشكل التالي مخططًا تخطيطيًا لنظام قياس طاقة عالي القدرة من النوع المار. يتم أخذ عينات من الطاقة الأمامية من المُضخّم قيد الاختبار بواسطة طرف التوصيل الأمامي (الطرف 3) للمُقرن الاتجاهي، ثم تُرسل إلى مقياس الطاقة. أما الطاقة المنعكسة، فتُأخذ عينات منها بواسطة طرف التوصيل العكسي (الطرف 4)، ثم تُرسل إلى مقياس الطاقة.
يتم استخدام مقرن اتجاهي لقياس الطاقة العالية.
يرجى الملاحظة: بالإضافة إلى استقبال الطاقة المنعكسة من الحمل، يستقبل طرف التوصيل العكسي (الطرف 4) أيضًا طاقة التسرب من الاتجاه الأمامي (الطرف 1)، والتي تنتج عن اتجاهية القارنة الاتجاهية. الطاقة المنعكسة هي ما يأمل الفاحص في قياسه، وطاقة التسرب هي المصدر الرئيسي للأخطاء في قياس الطاقة المنعكسة. تُفرض الطاقة المنعكسة وطاقة التسرب على طرف التوصيل العكسي (الطرف 4) ثم تُرسل إلى عداد الطاقة. نظرًا لاختلاف مسارات إرسال الإشارتين، فإنهما تراكب متجه. إذا أمكن مقارنة طاقة التسرب المُدخلة إلى عداد الطاقة بالطاقة المنعكسة، فسيؤدي ذلك إلى خطأ قياس كبير.
بالطبع، ستتسرب الطاقة المنعكسة من الحمل (الطرف ٢) أيضًا إلى طرف الوصلة الأمامية (الطرف ١، غير موضح في الشكل أعلاه). ومع ذلك، تبقى قيمتها ضئيلة مقارنةً بالطاقة الأمامية، التي تقيس قوة الدفع الأمامية. ويمكن تجاهل الخطأ الناتج.

شركة بكين روفيا للإلكترونيات الضوئية المحدودة، الواقعة في منطقة تشونغ قوان تسون، "وادي السيليكون" بالصين، هي شركة تكنولوجية متطورة تُعنى بخدمة المؤسسات البحثية المحلية والأجنبية، ومعاهد البحوث، والجامعات، وموظفي البحث العلمي في المؤسسات. تعمل شركتنا بشكل رئيسي في البحث والتطوير المستقل، وتصميم، وتصنيع، وبيع المنتجات الضوئية، وتقدم حلولاً مبتكرة وخدمات احترافية وشخصية للباحثين العلميين والمهندسين الصناعيين. بعد سنوات من الابتكار المستقل، كوّنت الشركة سلسلة غنية ومتكاملة من المنتجات الكهروضوئية، تُستخدم على نطاق واسع في الصناعات البلدية، والعسكرية، والنقل، والطاقة الكهربائية، والتمويل، والتعليم، والطب، وغيرها.

نحن نتطلع إلى التعاون معكم!